9. Augšanas sezonas izmaiņas un tās ietekme uz mežsaimniecību un lauksaimniecību

Augi un dzīvnieki jutīgi reaģē uz apkārtējās vides izmaiņām, tāpēc arvien biežāk bioklimatiskie dati (lapu plaukšana, krāsošanās, augļu nogatavošanās, putnu migrācija u.c.) tiek izmantoti kā klimata pārmaiņu bioindikatori. Dabas novērojumu analīze iespējams ir vienkāršākais un lētākais veids, kā pierādīt un pamatot klimata pārmaiņas un var palīdzēt klimata pārmaiņu prognozēšanā nākotnē un pielāgošanās scenāriju izveidē.

Ņemot vērā, ka klimatu, kas ir augu attīstību noteicošais faktors, ietekmē gan globālas parādības, piemēram, atmosfēras cirkulācija, okeāna straumes, gan mikroklimatiskie apstākļi. Pētījumi bioklimatoloģijā jeb dabas ritmu pētījumi notiek vairākos līmeņos.

9.1. att. Dabas novērojumu pētījumu līmeņi.

Nereti tieši mikroklimatiskajiem apstākļiem ir būtiskākā nozīme augu attīstībā, jo, piemēram, ievas ziedēšanas sākums upes malā var būtiski atšķirties no ievas ziedēšanas sākuma mežmalā.

Katram pētījumu līmenim ir savi veicamie uzdevumi un metodes, piemēram, lai analizētu kokaudzes produktivitāti, CO₂ aprites ciklus, veiktu nākotnes prognozes,svarīgi ir globāla mēroga pētījumi, kurus mūsdienās veic, analizējot satelītattēlus. Savukārt, lai kalibrētu satelītattēlus, nepieciešami lauka pētījumi, ko veic brīvprātīgie novērotāji. Aizvien biežāk pētījumos tiek izmantotas web-kameras vai atomātiskās kameras digitālo attēlu uzņemšanai.

9.2. att. Dabas novērojumu veikšanas metodes.

Dabas novērojumi tiek veikti jau sen. Pasaulē pirmais bioklimatologs ir bijis pirmais cilvēks, kura ikdiena bija nesaraujami saistīta ar dabas ritmiem, pārmaiņām tajos. Daudzu tautu kalendāri balstīti uz dabas novērojumiem. Piemēram, senajiem latviešiem aprīlis ir bijis sulu mēnesis, maijs – lapu (pieneņu) mēnesis u.tml.

Senākie pierakstītie sistemātiski veiktie novērojumu dati ir atrasti Japānā, kur imperatora pils arhīvos ir saglabājušās ziņas par ķiršu Prunus subertilla ziedēšanu kā pavasara atnākšanas laiku, sākot no 705. gada.

9.3. att. Ķiršu ziedēšanas sākuma iestāšanas laiks Kioto, Japānā, sākot no 705. gada.

Uz y ass – diena no gada sākuma (Koch, et. al, 2006 pēc Menzel and Fabian, 2002 un Rushing, et. al, 2012).

Eiropā rekonstruēti dati par Pinot Noir vīnogu nogatavošanos laiku Francijā kopš 1370. gada. Savukārt Latvijā pirmie rakstiskie novērojumi datēti ar 1822. gadu, taču sistemātiski novērojumi ir veikti, sākot ar 1927. gadu. Ik gadu (ar pārtraukumiem 2. pasaules kara laikā) dabas novērojumi tiek publicēti gada grāmatās un kalendāros („Daba un vēsture” līdz 2013. gadam; no 2014. gada „Latvijas avīzes gadagrāmatā”).

Ikviens ir pamanījis, ka katru gadu lapu plaukšana vai ziedēšana, pirmās zemenes parādās dažādos laikos, t.i., fenoloģisko fāžu iestāšanās laiks gadu no gada variē. Tāpēc īpaši svarīgi ir veikt datu ievākšanu ilgtermiņā un analizēt vismaz 30 gadu griezumā jeb normas periodā (piemēram, 1981.–2010.gads).

Ilgtermiņa datu analīze ļauj veikt bioklimatisko parametru izmaiņu pētījumus, kurus tālāk var praktiski izmantot mežsaimniecības, lauksaimniecības un citu nozaru pētniecībā.

Izanalizējot vairāk nekā 100 000 fenoloģisko datu rindu Eiropā (iekļauti arī Latvijas dati), secināts, ka gan lapu plaukšana (78% gadījumu), gan ziedēšana (31% gadījumu) augiem iestājusies agrāk. Savukārt rudenī 48% datu rindu uzrādīja pozitīvu tendenci, t.i., iestājas vēlāk un 52% – negatīvu tendenci (lapu krišana iestājas vēlāk). Savukārt augļu nogatavošanās normas periodā tika novērota agrāk (galvenokārt tas attiecas uz lauksaimniecības kultūrām nevis uz savvaļas augiem).

9.4. att. Fenoloģisko fāžu iestāšanās laika izmaiņas (dienas/gads) laika periodā no 1971. līdz 2000. gadam Eiropā (anlizēti 21 valsts dati, vairāk nekā 542 augu sugas).

Adaptēts pēc IPCC, 2007. Attēla oriģināls: https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg2/en/figure-1-6.html

Kopumā fenoloģiskais pavasaris un vasara Eiropas teritorijā normas periodā (1971.–2000. gads) iestājies par 2,5 dienām agrāk desmitgadē. Pētījumi pierāda, ka gaisa temperatūras izmaiņas ir galvenais ietekmējošais faktors – paaugstinoties gaisa temperatūrai par 1 °C, pavasara-vasaras fāzes iestājas 2,5 dienas agrāk, savukārt rudens fāzes – 1 dienu vēlāk. Turklāt agrās pavasara fāzes ir jutīgākas pret temperatūras izmaiņām. Starp lapu dzeltēšanu, lapu krišanu un gaisa temperatūru netika atrasta būtiska sakarība. Tas nozīmē, ka rudens fāzēm ir citi limitējošie faktori, kuri, kā atzīst zinātnieki, vēl nav līdz galam izpētīti.

Pētījumi pasaules vai Eiropas līmenī palīdz izprast dabas ritmu likumsakarības un ietekmējošos faktorus, bet svarīgi veikt un analizēt vietējos novērojumus, kā arī salīdzināt dažādas sugas, jo kultūraugu izmaiņas nenotiek tik strauji kā savvaļas augiem, tāpat pastāv lielas teritoriālas atšķirības. Piemēram, augšanas sezonas sākums augļu kokiem Vācijas teritorijā ir mainījies – tas sākas vidēji 2,3 dienas agrāk desmitgades laikā (ķiršu ziedēšana 2 dienas, ābeļu – 2,2 dienas agrāk) .
Francijā aprikožu un persiku ziedēšanas laiks pēdējos 30 gados mainījies par vienu līdz trijām nedēļām. Mainījies arī sēšanas vai stādīšanas laiks gan graudaugiem, gan citām kultūrām. Piemēram, kartupeļi Somijā tiek stādīti vidēji 5 dienas agrāk, kukurūza un cukurbietes Vācijā – 10 dienas agrāk, Francijā kukurūzas sēšana notiek pat līdz 20 dienām agrāk.

Lai arī Latvijā novērojumu skaits un novērojumu vietas gadu no gada variē, kas apgrūtina datu analīzi, tomēr kopumā bioklimatiskās tendences Latvijā sakrīt ar Eiropā un citur pasaulē novēroto: fenoloģiskajam pavasarim un vasarai ir tendence sākties agrāk. Pretstatā Eiropā novērotajām tendencēm arī fenoloģiskais rudens Latvijas, kā arī Lietuvas teritorijā atsevišķās novērojumu vietās iestājās agrāk (lapas dzeltē un krīt agrāk) vai arī izmaiņu tendence ir neitrāla.

9.5. att. Parastās ievas Padus racemosa, liepas Tilia cordata ziedēšanas sākuma (BBCH61) un āra bērza Betula pendula lapu dzeltēšanas sākuma (BBCH92) ilgtermiņa izmaiņas (1927.–1939. un 1959.–2007. gads) Latvijā (Kalvāne, 2011).

BBCH – augu attīstības skala, kur augu attīstības fāzes tiek apzīmētas ar divu ciparu kodu, no kuriem pirmais norāda fāzi, otrais – fāzes intensitāti, piemēram, 6 –ziedēšana; 1 sākums.

Lai kvalitatīvāk un vieglāk uztverami raksturotu dabas ritmus, izmaiņas kalendārā gada griezumā, tiek izdalītas fenoloģiskās sezonas, par sezonas robežu pieņemot raksturīgu, viegli nosakāmu augu vai dzīvnieku attīstības fāzi, piemēram, liepas ziedēšanu vasarā.

Dažādās valstīs indikatorsugas, kā arī sezonu skaits atšķiras, piemēram, Vācijā tiek izdalītas 10 sezonas, Latvijā izdala pat 12 sezonas.

Visbiežāk par fenoloģiskā pavasara indikatoru tiek pieņemts lazdas ziedēšanas sākums, kas vidēji Latvijā iestājas 24. martā. Savukārt meža aveņu ziedēšana, kas ir fenoloģiskās vasaras indikators, vidēji iestājas 11. jūnijā. 18. septembris ir vidējais fenoloģiskā rudens sākums, ko iezīmē bērza lapu dzeltēšana. Pirmais sniegs ir fenoloģiskās ziemas sākums. Kā redzams 9.6. attēlā, normas periodā (1971.–2000. gads) ir būtiski mainījies gan sezonas sākums, gan ilgums.

9.6. att. Fenoloģisko sezonu iestāšanās laika izmaiņas kalendārā gada ietvaros un fenoloģisko sezonu ilguma (dienās) izmaiņas Latvijā. 1971.–1985. gads un 1986.–2000. gads. 15 novērojumu punktu vidējie dati (Kalvāne, 2011).

Sezonu indikatorsugas: fenoloģiskais pavasaris – lazdas ziedēšanas sākums; vasara – meža avenes ziedēšanas sākums; rudens – bērza lapu dzeltēšana; ziema – pirmais sniegs.

Lauksaimniecības un mežsaimniecības vajadzībām svarīgi ir definēt un analizēt augšanas sezonu, ko zinātniskajā literatūrā izsaka trīs veidos:

Latvijā augšanas sezonas sākums ir diena, kad vidējā diennakts temperatūra ir augstāka par +5 °C vismaz 5 dienas pēc kārtas, savukārt augšanas sezonas beigas iestājas tad, kad vidējā diennakts temperatūra 5 dienas ir bijusi zemāka par +5 °C.

20. un 21. gs. fenoloģisko fāžu iestāšanās laiks, tostarp fenoloģiskās augšanas sezonas sākums, beigas un ilgums ir būtiski mainījies. Pasaulē vidēji fenoloģiskais pavasaris iestājas 8 dienas agrāk, bet augšanas sezona ir pagarinājusies līdz pat 12 dienām. Atšķirības variē atkarībā no novērojumu vietām, piemēram, analizējot Eiropas fenoloģisko dārzu datus, konstatēts, ka kopumā augšanas sezonas ilgums vidēji pagarinājies par 10,5 dienām, t.i., par + 3,5 dienām desmitgadē. Vislielākās izmaiņas konstatētas Centrāleiropā, mazāk Skandināvijas ziemeļos un Dienvidaustrumeiropā. Ir aprēķināts, ka fenoloģiskā augšanas sezona Eiropā virzās ar ātrumu 44 km diennaktī no dienvidiem uz ziemeļiem un 200 km diennaktī no rietumiem uz austrumiem.

Satelītattēlu datu analīze liecina, ka Ziemeļeiropas lielākajā daļā fenoloģiskais pavasaris iestājies līdz divām nedēļām agrāk (atsevišķās vietās pat vairāk nekā 2 nedēļas agrāk), savukārt fenoloģiskais rudens iestājies 2 līdz 4 nedēļas vēlāk, augšanas sezonas ilgumam pagarinoties no 2 līdz pat vairāk nekā 4 nedēļām.

9.7. att. Augšanas sezonas sākuma (A) un ilguma (B) izmaiņas periodā no 1982. līdz 2006. gadam, Ziemeļeiropā.

Attēls adaptēts pēc Karlsen et al., 2009. Oriģināls: http://www.int-res.com/articles/cr_oa/c039p275.pdf

9.8.att. Augšanas sezonas sākuma (S), beigu (B) un ilguma (I) izmaiņas āra bērzam
Betula pendula (1971.–2000. gads) Latvijā un Lietuvā (uz y ass – diena no gada sākuma).

Augšanas sezonas vidējais ilgums kā periods starp lapu plaukšanu un lapu dzeltēšanu āra bērzam periodā vidēji mainījies 7 dienu intervālā, galvenokārt uz pavasara fāzes agrāku iestāšanos.

Augšanas sezonas iestāšanās laiks galvenokārt ir atkarīgs no gaisa temperatūras izmaiņām, savukārt augšanas sezonas beigu iestāšanos ietekmē citi faktori vai faktoru kopums (apgaismojuma ilgums (fotoperiods), mitruma apstākļi, ekstremālās gaisa temperatūras, jūras ietekme u.c.), kas precīzi nav noskaidroti.